高職院校機器學習課程的探索與實踐

■蘭小艷

（山西工程職業學院，山西 太原 030009）

教育部印發的《高等學校課程思政建設指導綱要》指出，全面推進高校課程思政建設是深入貫徹習近平總書記關于教育的重要論述和全國教育大會精神、落實立德樹人根本任務的戰略舉措，高校要深化教育教學改革，充分挖掘各類課程思想政治資源，發揮好每門課程的育人作用，全面提高人才培養質量[1]。高職院校以培養社會所需要的技能型人才為目標，更強調專業知識的學習、對知識的應用，利用所學的知識解決一些技術上的問題。因此，在平時的教育中往往偏重才的教育而放松了德的培養。如何將思政元素與計算機專業課程較好融合，有不少學者對此進行了研究，如：羅利[2]將課程思政融入Hadoop開發技術課程中，充分挖掘思政元素,積極探索課程教學與課程思政元素的融合,培養學生改革創新、科技創新的新時代精神；王皓[3]將課程思政融入到Java程序設計課程中，取得了不錯的教學效果。本研究嘗試以機器學習課程為例，結合大數據與人工智能專業人才培養方案，緊扣時代對技能型人才的要求，在專業課的教授過程中，充分融入思政教育，以案例教學為主，從案例中引發學生思考，從而升華為自身內在素質的提升，潛移默化地塑造正確的價值觀、人生觀。

一、機器學習課程介紹

隨著一些熱門詞匯的出現，比如：人工智能、大數據、云計算，這些相關的技術日漸成熟，極大程度上方便了人們的生活。人工智能、大數據、云計算技術是時代發展的產物，這三大技術的共性是以局部思維代替整體思維，整體思維需要具備系統的思維能力，因此高校必須迎合時代的要求，為社會培養人才。

山西工程職業學院的機器學習課程是計算機工程系大數據與人工智能專業開設的一門課程。該課程作為新課標中的專業選修課程，安排32課時。培養目標不僅要求學生學會基礎知識，還要具備對所學知識的應用，使其成為具備一定社會技能、具有大局觀念、具有求知創新、具有合作發展的有用之人。機器學習這門課程的教學以介紹一些基礎算法的思想、計算算法的性能指標涉及到的數學基礎為主要內容。但是三大技術的快速發展，給社會生活帶來更多便利的同時，也對社會的各方面提出了挑戰，主要表現在社會治理、政府監管、社會倫理、道德法律等方面。機器學習算法會對人類傳統價值觀等倫理道德理念產生沖擊，如谷歌公司錯將黑人標記為大猩猩事件、四處可見的大數據殺熟事件等，這就要求高校對人才的培養不僅要涉及專業知識，還要涉及到相關法律、倫理和社會問題的深入探討，實現全方位育人的目標。

二、機器學習課程教育途徑

根據大數據和人工智能專業人才培養方案設計機器學習課程教學目標，如何學習好機器學習這門課程，主要包含兩個方面：合理設計課程思政元素，培養正確的人生觀、價值觀；合理設計教學方法，利用豐富的教學方法和教學手段，達到課程的培養目標。

（一）合理設計課程思政元素

機器學習表現在生活的方方面面，課程教學當中列舉生活中的實際案例，更加貼近生活，內容豐富，能夠結合的課程思政點很多，合理地設計各個章節的思政元素，能夠豐富專業課程內容，并使得專業課程變得活起來。

1.緒論

機器學習緒論部分主要介紹機器學習概述、基本術語、研究方向和應用現狀。在講授概述部分的時候，將機器學習的方式對比人類的思維方式，教會學生類比的方法。通過基本術語的學習教會學生，學習是循序漸進的過程。通過舉例的方式教授機器學習的應用現狀，列舉人工智能時代生活中的典型案例，如自動駕駛、貓狗識別、產品推薦、電影票房預測、股價走勢等。用學生感興趣的事和物來引導學生感悟和發自內心的認同，從而增加學生學習的積極性，了解國內外技術和市場優勢，增強學生民族自豪感、堅定四個自信。引導學生樹立正確的價值觀，人生觀，堅定學生科技報國的信心。在抗擊疫情的過程中，信息技術立下了汗馬功勞，可以說抗擊疫情涉及的每一項信息技術，都與大數據密不可分。作為大數據專業的學生，應該學好專業知識，為祖國的建設作出應有的貢獻。

2.評價指標

對于機器學習算法的一些評價指標、訓練集與測試集的劃分方法等，通過引入房價預測等真實案例，讓學生真正體會到訓練集與測試集的劃分直接影響預測結果的準確性。列舉信用違約風險預測，通過每個客戶的個人信息、消費行為、資產狀況、借貸數額等狀況來預測該客戶是否會按時還貸。通過引入真實案例，教會學生應該說老實話、辦老實事、做老實人，以知行合一的態度對待各項工作，樹立誠實守信的人生觀、價值觀。

3.線性回歸模型

該章節中通過夏威夷莫納羅亞山站測得的1970年到2018年二氧化碳濃度，預測再過30年、50年的溫室氣體排放量。利用已知數據建立線性回歸模型，通過該模型預測溫室氣體的排放量。列舉房價預測、商品銷售量的預測等生活當中的案例，潛移默化地滲透課程思政元素，呼吁全社會要保護環境，節能減排，減少溫室氣體的排放，防止氣候變暖所帶來的災難。

4.決策樹

決策樹算法是遵循分而治之的思想，將一個大的問題分解為類型相同的子問題，直到子問題能夠直接解決。引導學生遇到困難問題的時候，不要輕言放棄，將困難問題不斷分解，逐一進行求解，培養學生精益專注的工匠精神。利用Python編程軟件，其中封裝了決策樹算法的函數，直接調用就可以實現，但是要引導學生掌握算法所蘊含的思維，不斷地進行練習，培養學生精益、嚴謹的科學態度。根據信息增益、增益率、基尼指數所對應的決策樹都可以解決最優屬性的劃分問題。教會學生根據要解決的問題進行分析，找出最佳算法，引導學生要關注事物之間的相互區別，要從多方面綜合考慮，避免顧此失彼。

5.貝葉斯算法

列舉新型冠狀病毒檢測案例，由貝葉斯概率計算方法，計算經過多次檢測假陽性和假陰性的概率。網上收集核酸檢測的資料供學生閱讀，讓學生思考為什么新冠肺炎的確診需要經過多次檢測，使得學生將所學的知識與公共衛生領域的應用聯系起來。通過這些鮮明的數據對比和鮮活的感人事跡使學生深刻明白黨中央在抗擊疫情中總攬全局、部署防控的凝聚力、組織力，全國上下團結一致、聯防聯控的向心力、戰斗力。學生的家國情懷油然而生，紛紛發出“此生無悔入華夏”的感慨！

6.聚類算法

物以類聚，人以群分，聚類算法廣泛應用于醫學、交通、軍事等領域的圖像分割。利用聚類算法將圖像分成若干個特定的、具有獨特性質的區域并提出感興趣目標的技術和過程。以案例分析聚類算法在生活中的應用，體會數據在醫學、交通、軍事實踐中的作用，增強學生的家國情懷，提升學生的責任感，加深對專業的認同感。

7.降維算法

降維算法中降維的典型案例是人臉識別，人臉識別在日常生活中非常常見，在很多公共場合都有人臉識別系統。通過課堂討論如何提高識別率、降低錯誤率，學生悟出“做事不憑主觀臆斷，要有科學求證的態度”。引導學生學習知識是科技強國的必由之路。堅持立德樹人、做好課程思政，通過課程內容與科技前沿的結合，培養學生科技強國使命感和社會責任感。

8.神經網絡

神經網絡當中可融入的思政元素，有循序漸進的學習方法、事物的發展是前進性和曲折性的統一。通過列舉利用神經網絡算法建立疫情傳播預測模型的案例，引導學生應該加強疫情防控，從我做起，疫情防控是最真實、鮮活、深刻的時政課。任何事物的發展是前進性與曲折性相統一的。引導學生樹立正確的人生觀和價值觀。讓學生胸有大志，心有大我，肩有大任、行有大德，譜寫自己大寫的青春。

（二）合理設計教學方法

專業課程教學過程當中，滲透思政元素，不能為了思政而思政，將思政元素生搬硬套到專業課程的教學中，最講究的就是教學方法，好的教學方法能夠使得課程思政變得潛移默化，達到潤物細無聲的目的。

1.構建問題導向案例教學

專業課程與思政內容的結合很容易變得生硬，需要設計很好的案例作為問題導向來引入，一個好的案例不僅能夠與課程知識內容很好地結合，而且能遞進增設一些問題，在潛移默化中引導學生，激發學生主動思考、主動探索[4]。另外，在設計教學案例時引入社會治理、政府監管、社會倫理、道德法律等方面的問題，在傳授知識的同時培養學生樹立正確的社會責任感、人生價值觀等。機器學習課程中算法的介紹，對于高職院校的學生來說還是有點難度，主要的教學手段就是引入大量的案例，通過正確的案例導向，使學生在掌握知識點的同時，樹立正確的意識。

2.借助職教云平臺實現混合式教學

傳統的教學方式主要是以課堂教學為主，而課時數有限，要在短的課時中完成知識內容的講解，在講授知識的同時滲透課程思政，并且要提高學生上課的積極性是非常困難的。高職院校利用職教云平臺教學，打破了時間和空間的限制，隨時隨地都可以學習，這樣就可以緩解課時數有限的局面。線上線下混合教學可以將課程教學內容從課上延伸到課下。授課教師將自己的課程建設到這個平臺上，可以上傳教學課件、視頻，也可以提一些課前、課中、課后問題，發布作業任務。學生既可以針對某些特定的問題進行討論，打破時間空間概念，節省上課時間，又可以暢所欲言，發表自己的見解。教師也可以隨時隨地查閱學生的回答，及時合理地調整教學內容，做到重難點突出。平臺上的課程資料可以永久性保存，學生能夠很好地進行復習、鞏固、加深理解。

3.設計過程化考核機制

傳統的專業課程的考核方式，主要包括兩部分內容，課堂出勤率和期末考試?？己诉^程單一，不能很好地反映學生對知識的掌握程度，也很難體現思政內容的學習效果。因此，通過職教云平臺設置其他的評價環節，增加多元的過程化考核，制作合理的評價機制。通過這種開放式的平臺，使學生能夠互相了解，取長補短。每個算法學習完后，布置合理的實驗任務，按照學生提供的設計方法、實驗結果的優略，通過組內互評、組間互評的方式，將評價結果作為考核的指標。通過這種方式，能夠建立起全面化、整體化、系統化的考核方式，可以全方位地、有針對性地進行教學。

三、機器學習課程最終效果

通過在機器學習課程教學中引入課程思政和優化教學方法，本學期機器學習課程與傳統課程相比，在課堂表現上更加活躍，學生的注意力集中，線上回答問題積極性提高。職教云平臺上的討論和項目任務完成度高。通過思政案例教學與優化的教學方法相結合，學生不僅能夠對所學習的知識有更深的認識，而且人生觀和價值觀有進一步的提升。

本研究初次嘗試在機器學習專業課的教學過程中，通過案例教學引入課程思政的方法。在教學中列舉大量的應用案例，案例中滲透課程思政，并且優化教學方法，從學生的課堂表現到最終收獲初見成效。通過這種方式能夠提升學生的綜合素質，符合全方位育人的目標，將專業知識內化為價值追求，弘揚愛國精神、奉獻精神和創新精神。日后嘗試將該方法應用到其他專業課的教學當中，挖掘專業思政元素所蘊含的價值精髓，精準滴灌、點滴滲透，以立德樹人為目標，用好課堂這個主渠道，引領學生健康成長，激發學生報效祖國的情懷。